中南大学-计算机体系结构实验报告.doc

计算机体系结构课程设计学院： 信息科学与工程学院 专业班级： 指导老师： 学号： 姓名： 目录实验 1 对指令操作码进行霍夫曼编码3一、实验目的3二、实验内容3三、设计思路4四、关键代码4五、实验截图5六、源代码5实验 2 使用 LRU 方法更新 Cache8一、实验目的8二、实验内容8三、设计思路9四、程序截图9五、实验代码9实验总结16参考文献16 实验 1 对指令操作码进行霍夫曼编码一、实验目的了解和掌握指令编码的基本要求和基本原理二、实验内容1.使用编程工具编写一个程序，对一组指令进行霍夫曼编码，并输出最后的编码结果以及对指令码的长度进行评价。与扩展操作码和等长编码进行比较。2. 问题描述以及问题分析举例说明此问题，例如：P1P2P3P4P5P6P70.450.300.150.050.030.010.01有一组指令的操作码共分七类，它们出现概率如下表所示：对此组指令进行 HUFFMAN 编码正如下图所示：最后得到的 HUFFMAN 编码如下表所示：P1P2P3P4P5P6P7010110111011110111110111111 最短编码长度为： H=0.45*1+0.30*2+0.15*3+0.05*4+0.03*5+0.01*6+0.01*6=-1.95.要对指令的操作码进行 HUFFMAN 编码，只要根据指令的各类操作码的出现概率构造HUFFMAN 树再进行 HUFFAM 编码。此过程的难点构造 HUFFMAN 树，进行 HUFFAM 编码只要对你所生成的 HUFFMAN 树进行中序遍历即可完成编码工作。三、设计思路观察上图 ，不难看出构造 HUFFMAN 树所要做的工作：1、先对各指令操作码的出现概率进行排序，构造一个有序链表。2、再取出两个最小的概率节点相加，生成一个生的节点加入到链表中，同时从两表中删除此两个节点。3、在对链表进行排序，链表是否只有一个节点，是则 HUFFAN 树构造完毕，否则继续做 2 的操作。为此设计一个工作链表（链表的元素时类，此类的功能相当结构。）、HUFFMAN 树节点、HUFFMAN 编码表节点。 四、关键代码哈夫曼树重点在于如何排列权值大小不同的结点的顺序privateintleafNum;/叶子结点个数privateHaffmanNodehnodes;/哈夫曼树的结点数组publicHaffManCode(doubleweight)/构造指定权值集合的哈夫曼树intn=weight.length;/n个叶子结点this.leafNum=n;this.hnodes=newHaffmanNode2*n-1;/n个叶子结点的哈夫曼树共有2n-1个结点for(inti=0;in;i+)/结点数组初始化有n个叶子结点this.hnodesi=newHaffmanNode(weighti);for(inti=0;in-1;i+)/构造n-1个2度结点，每循环一次，构造一个2度结点doublemin1,min2;intx1,x2;min1=min2=Integer.MAX_VALUE;/选择最小和次最小权值，初值为最大权值x1=x2=-1;/记录两个无父母的最小权值结点下标for(intj=0;jn+i;j+)/查找两个无父母的最小权值结点if(hnodesj.weightmin1&hnodesj.parent=-1)min2=min1;x2=x1;min1=hnodesj.weight;/min1记下最小权值 x1=j;/x1记下最小权值结点的下标elseif(hnodesj.weightmin2&hnodesj.parent=-1)min2=hnodesj.weight;x2=j;/x2记下次最小权值结点的下标五、实验截图六、源代码public class huffman private String str;public huffman(String str) this.str=str;/* * 创建节点类 * param args */class NodeNode left;Node right;int data;char c;String code=;/* * 节点数组（字符串类） * param args */public void creatTree()/先去掉重复的字符串，若不存在将字符加在strRepeat中String strRepeat=;for(int i=0;istr.length();i+)char c=str.charAt(i);/判断是否存在if(strRepeat.indexOf(c)=-1) /找到字符位置并返回字符所在的位置strRepeat+=c;/统计字符出现的次数并建立节点Node nodes=new NodestrRepeat.length(); /定义了一个nodes数组/存储节点的坐标值int s=0;for(int i=0;i1)sort(nodes);Node node=new Node();Node n1=nodes0;Node n2=nodes1;node.data=n1.data+n2.data;node.left=n1;node.right=n2;/改变节点数组长度Node nodes2=new Nodenodes.length-1;for(int i=2;inodes.length;i+)nodes2i-2 = nodesi;nodes2nodes2.length-1=node;nodes=nodes2;Node root=nodes0;printCode(root,);/* * 统计字符出现的次数 get方法 */private int getCount(String str,char c)int count = 0;for(int i=0;istr.length();i+)if(c=str.charAt(i)count+;return count;/* * 冒泡排序法 * param nodes */public void sort(Node nodes)for(int i=0;inodes.length;i+)for(int j=i+1;j=nodesj.data)/交换节点对象Node temp=nodesi;nodesi=nodesj;nodesj=temp;/* * 打印编码 * param args */public void printCode(Node node,String code)if(node != null)if(node.left=null & node.right=null)System.out.println(node.c+.+node.data+的编码是： +code);printCode(node.left,code+0);printCode(node.right,code+1);public static void main(String args) String str=add bate;huffman hf=new huffman(str);hf.creatTree(); 实验 2 使用 LRU 方法更新 Cache一、实验目的了解和掌握寄存器分配和内存分配的有关技术。二、实验内容LRU置换算法是选择最近最久未使用的页面予以置换。该算法赋予每个页面一个访问字段，用来记录一个页面自上次被访问以来经历的时间T，当须淘汰一个页面时，选择现有页面中T值最大的，即最近最久没有访问的页面。这是一个比较合理的置换算法。 举例说明此问题，例如： 有一个CACHE采用组相连映象方式。每组有四块，为了实现LRU置换算法，在快表中为每块设置一个2位计数器。我们假设访问序列为“1,1,2,4,3,5,2,1,6,7,1,3”。在访问CACHE的过程中，块的装入，置换及命中时，具体情况如下表所示：三、设计思路LRU置换算法是选择最近最久未使用的页面予以置换。该算法赋予每个页面一个访问字段，用来记录一个页面自上次被访问以来经历的时间 T，当须淘汰一个页面时，选择现有页面中 T 值最大的，即最近最久没有访问的页面。这是一个比较合理的置换算法。四、程序截图五、实验代码import java.awt.*;import java.awt.event.*;import javax.swing.*;import javax.swing.table.*;public class lru extends Frame public static void main(String args) JFrame.setDefaultLookAndFeelDecorated(true);lru lruc = new lru();lruc.lauchFrame();JLabel jlabel2;JTextField jtf2;JButton jb_input;JScrollPane jsp;JTable jt;DefaultTableModel dtm;static int list = 1, count = list - 1;int time1 = 0;int time2 = 0;int time3 = 0;int time4 = 0;public void lauchFrame() this.setLayout(null);this.setBounds(100, 100, 540, 320);/this.setBackground(Color.cyan);this.setVisible(true);jlabel2 = new JLabel(请输入第 + list + 个访问页面:);jtf2 = new JTextField();jb_input = new JButton(输入); jlabel2.setBounds(20, 50, 140, 20);jtf2.setBounds(155, 50, 50, 20);jb_input.setBounds(240, 50, 60, 20);this.add(jlabel2);this.add(jtf2);this.add(jb_input);this.addWindowListener(new WindowAdapter() public void windowClosing(WindowEvent e) System.exit(0););jb_input.addActionListener(new InputActionListener();Object title = 访问序列,Cache块0, Cache块1, Cache块2, Cache块3, 状态;dtm = new DefaultTableModel(title, 0);jt = new JTable(dtm);jsp = new JScrollPane(jt);jsp.setBounds(50, 80, 440, 197);jsp.setBackground(Color.black);this.add(jsp);class InputActionListener implements ActionListener /没有输入值，提示public void actionPerformed(ActionEvent e) if(jtf2.getText().equals() Object options = OK ;JOptionPane.showOptionDialog(null, 输入错误，请按提示输入！, 警告, JOptionPane.DEFAULT_OPTION, JOptionPane.WARNING_MESSAGE,null, options, options0);list+;if(count time2 & time1time3 & time1time4) /如果cache0的页面最长时间没有被访问，新页面置换cache0中页面dtm.addRow(new Objectjtf2.getText(), jtf2.getText(), jt.getValueAt(list-3, 2), jt.getValueAt(list-3, 3), jt.getValueAt(list-3, 4), 置换);time1 = 0;time2+;time3+;time4+;jtf2.setText();jlabel2.setText(请输入第 + list + 个访问页面:); else if(time2time1 & time2time3 & time2time4) /如果cache1的页面最长时间没有被访问，新页面置换cache1中页面dtm.addRow(new Objectjtf2.getText(), jt.getValueAt(list-3, 1), jtf2.getText(), jt.getValueAt(list-3, 3), jt.getValueAt(list-3, 4), 置换);time1+;time2 = 0;time3+;time4+;jtf2.setText();jlabel2.setText(请输入第 + list + 个访问页面:); else if(time3time1 & time3time2 & time3time4) /如果cache2的页面最长时间没有被访问，新页面置换cache2中页面dtm.addRow(new Objectjtf2.getText(), jt.getValueAt(list-3, 1), jt.getValueAt(list-3, 2), jtf2.getText(), jt.getValueAt(list-3, 4), 置换);time1+;time2+;time3 = 0;time4+;jtf2.setText();jlabel2.setText(请输入第 + list + 个访问页面:); else if(time4time1 & time4time2 & time4time3) /如果cache3的页面最长时间没有被访问，新页面置换cache3中页面dtm.addRow(new Objectjtf2.getText(), jt.getValueAt(list-3, 1), jt.getValueAt(list-3, 2), jt.getValueAt(list-3, 3), jtf2.getText(), 置换);time1+;time2+;time3+;time4 = 0;jtf2.setText();jlabel2.setText(请输入第 + list + 个访问页面:);实验总结 体系结构属于计算机整个的结构，涉及计算机的整个结构，从底层到高层，每层的原理，结构及实现，是一门比较抽象的学科，通过这次的几个实验，让我对计算机的编码和页面的替换算法有了更深层次的理解。 计算机是一门理论性很强的学科，但是实际的操作又是必不可少的。实践可以加深对课程的理解，也能提高编程能力，总之，通过这次实验，我学到了很多。 参考文献1 郑纬民 汤志忠 计算机系统结构 清华大学出版社 2002 2 余腊生 计算机系统结构实验指导书 中南大学信息科学与工程学院制定